Aimants

Au cœur de la conception des aimants depuis plus de 30 ans

Depuis plus de 30 ans, le logiciel Opérateur d’éléments finis (FE) pour la conception électromagnétique a été utilisé par les scientifiques et les ingénieurs pour concevoir et optimiser les systèmes magnétiques pour atteindre les niveaux de performance les plus exigeants. Une grande partie de la science et de la technologie dépend des aimants, des moteurs électriques aux recherches expérimentales les plus avancées en physique des particules.

Pourquoi choisir Opera?

Précision de 99 % par rapport aux conditions du monde réel

Calculs de champ très précis pour aimants à aimants permanents, résistifs et supraconducteurs.

Apprenez à utiliser Opera avec une assistance gratuite d’un an sur de nouvelles licences

S’appuyer sur l’expérience d’experts qui travaillent à la fine pointe des applications d’imagerie et des aimants accélérateurs technologie

Précision et facilité d’utilisation constantes

null

Opera est à la pointe du design électromagnétique depuis 1984

Opera a acquis sa position de premier outil de conception de FE pour les aimants de tous types grâce à sa précision, sa facilité d’utilisation et sa capacité à gérer des simulations complexes et de grande envergure.

Opera est amplement utilisé par la communauté scientifique pour la conception d’aimants à utiliser dans des accélérateurs de particules, des dispositifs à rayons ioniques, dispositifs IRM/RMN et une grande variété d’autres dispositifs magnétiques. Ce logiciel axé sur les applications a évolué au fil des années et offre aujourd’hui une simulation multiphysique complète à même d’examiner les conditions thermiques et les contraintes en plus de l’électromagnétisme.

Le logiciel peut également suivre les particules chargées à travers les champs électromagnétiques. Un très haut niveau de précision de champ étant nécessaire en imagerie, l’application IRM/RMN est particulièrement exigeante. Opera a été élaboré dans le souci de respecter cette exigence, et de ce fait, la plupart des principaux fabricants d’IRM et de RMN utilisent ce logiciel non seulement pour la conception d’aimants supraconducteurs afin d’effectuer des simulations de quenching, mais également pour la conception de blindages magnétiques. Le logiciel propose aujourd’hui une simulation multiphysique complète à même d’examiner les conditions thermiques et les contraintes en plus de l’électromagnétisme.

mri-disp-vonmises_m

Quelles sont les capacités et les résultats?

Quench in a LTS magnet with an HTS insert

Fonctionnalités pour les concepteurs :

• évaluation de dispositifs 2D et 3D à l’aide de la simulation par éléments finis de pointe
• Représentations matérielles orthotropes localement et non linéaires complètes pour propriétés électromagnétiques et thermiques
• Matériaux structuraux anisotropes complets
• Précision comparable aux relevés
• Essais rapides de variantes de conception
• Essai en conditions réelles (à savoir, dans toutes conditions d’exploitation et de dysfonctionnement)
• Inclusion de la charge et de l’alimentation électrique
• Inclusion des analyses thermiques et structurales
• Inclusion d’hystérésis magnétiques

On relève ce qui suit parmi les résultats standards :

• Répartition du champ
• Homogénéité et gradients de champ
• Coefficients d’analyse de Fourier
• Coefficients connexes des polynômes de Legendre
• Valeurs maximales des champs sur bobines
• Champ de dispersion / efficacité de blindage (CEM/EMI)
• Trajectoires de faisceaux de particules
• Performances dynamiques d’aimants pulsés
• Forces et pertes : bobines, culasses et blindages
• Déviations et contraintes dues aux charges mécaniques
• Précontrainte de refroidissement
• Propagation de quenching
• Performances de circuit de protection
• Tensions inter-spires / inter-couches
• Fréquences propres et facteurs Q

Foire aux questions

Dans un aimant d’accélérateur, les champs magnétiques servent à diriger et à concentrer les faisceaux de particules chargées. De quels outils dispose Opera pour évaluer rapidement la qualité des champs ? Puis-je voir le comportement des faisceaux de particules ?

Le post-processeur d’Opera comprend des outils pour caractériser les gradients ou l’homogénéité des champs en volumes d’espace libre. Pour des aimants dipolaires, quadripolaires et multipolaires de plus grand ordre, les caractéristiques sont habituellement calculées comme un ensemble de coefficients de Fourier sur un cercle intégral ou partiel. Des fonctions semblables sont également disponibles pour afficher l’homogénéité du champ sur des surfaces sphériques. Les valeurs de champ peuvent être calculées en tout point et Opera permet de suivre directement les particules chargées ou systèmes de particules à travers ou au-delà de l’ouverture magnétique. Les résultats peuvent être affichés de différentes façons, notamment comme suit :
• pistes 3D via la géométrie
• projections sur les principaux plans de coordonnées
• points d’intersection sur tout plan en 2D
• cartes de densité de puissance ou de courant

Opera peut-il modéliser des aimants pulsés, en particulier la redistribution de courants dans les conducteurs ? Comment traite-t-il les tôles ?

Opera peut-il réaliser des simulations transitoires avec une impulsion définie par l’utilisateur pour le courant ou la tension dans l’enroulement. La simulation est à même de capturer les effets pelliculaires et de proximité. Pour les aimants créés à l’aide de tôles, Opera dispose d’un modèle de matériau pouvant traiter un volume en vrac (comme la culasse d’aimant) comme une structure « remplie », ce qui écarte la nécessité de modélisation des tôles individuelles. Le concepteur ne doit spécifier que le facteur de remplissage de la pile de tôles et l’orientation du plan des tôles.

Quelles sont les propriétés physiques qu’Opera peut capter dans les enroulements supraconducteurs de mon aimant ?


Dans la plupart des cas, les aimants supraconducteurs peuvent être fidèlement représentés à l’aide de modèles de bobines standards. Toutefois, Opera dispose de fonctionnalités complètes de modélisation physique détaillée des supraconducteurs si nécessaire, par exemple, le blindage produit par des super courants dans des conditions d’effet Meissner, ou le comportement hystérétique pendant la hausse ou la baisse d’un courant d’aimant. Le modèle le plus complexe d’Opera pour les enroulements supraconducteurs consiste à simuler un quenching. Le simulateur de quenching d’Opera 3D résout les équations électromagnétiques et thermiques couplées en transitoires de temps. L’outil est en mesure de modéliser des bobines complètes raccordées aux circuits de protection / d’alimentation et d’évaluer l’efficacité de la protection. Les simulations peuvent inclure le chauffage par courants de Foucault dans des gabarits et des structures de soutien. Si Opera peut simuler un quenching dans une bobine complète ou un système de bobines, il peut également modéliser des fils supraconducteurs individuels de supraconducteurs BT et HT.

Quelle est l’ampleur de la précision d’Opera pour la simulation d’aimants de dispositifs RMN/IRM ?

Les aimants supraconducteurs de dispositifs RMN/IRM sont généralement représentés par un modèle de bobine propriétaire à même de produire des résultats très précis pour l’homogénéité des champs dans la zone d’imagerie, mesurés en parties par million. Ce niveau de précision est indispensable pour cette application qui s’appuie sur les résonances de RMN de haute qualité sensibles aux champs magnétiques. Les précédents sur Opera visant à atteindre ce haut niveau de précision ont permis d’en faire le logiciel de simulation de premier plan pour la conception d’aimants supraconducteurs de dispositifs RMN/IRM dans le monde entier.

Je conçois des aimants supraconducteurs de dispositifs IRM à solénoïdes et je dois évaluer le faible effet de chambre blindée et du renfort d’acier sur l’homogénéité de l’aimant ?

La formulation utilisée dans le résolveur magnétostatique d’Opera 3D (autrefois dénommé TOSCA) permet de calculer très précisément le champ de ce type de problème de perturbation. Le champ de solénoïdes non blindés peut être calculé à l’aide de l’expression de Biot-Savart sur 100 millionièmes. Le blindage et la structure de renfort provoqueront une petite perturbation du champ central, habituellement de l’ordre d’un millième, ce qui correspond bien au niveau de précision d’Opera.

Puis-je évaluer l’efficacité du blindage pour mon dispositif IRM proposé ?

Oui, Opera calcule des champs résiduels relativement petits dans l’espace blindé de façon très précise, même si des champs ailleurs dans le reste du modèle sont bien plus élevés. Les isosurfaces peuvent être facilement affichées dans le post-processeur, permettant ainsi une visualisation 3D de la limite de Gauss 5.